Назад в библиотеку

Анализ влияния параметров линии электропитания на энергетические показатели электроприводов дренажных насосов

Авторы: А. В. Светличный, В. О. Ларионов
Источник: Хромченко Г. Е. Проектирование кабельных сетей и проводок. / под общей редакцией Г. Е. Хромченко. – Москва: Энергия, 1980. – 383 с.

Аннотация

А. В. Светличный, В. О. Ларионов Анализ влияния параметров линии электропитания на энергетические показатели электроприводов дренажных насосов. На основе расчетов представлен анализ влияния параметров линии электропитания на энергетические показатели электроприводов дренажных насосов.

The analysis of the influence of the parameters of the power supply line on the energy indicators of the electric drive of drainage pumps is presented.

Ключевые слова

Электропривод, асинхронный двигатель, энергоэффективность, кабель, коэффициент полезного действия.

Electric drive, asynchronous motor, energy efficiency, cable, efficiency.

Анализ влияния параметров линии электропитания на энергетические показатели электроприводов дренажных насосов

Наиболее распространенным для дренажных насосов является нерегулируемый электропривод переменного тока, включение в работу которого производится по команде персонала или по срабатыванию датчика уровня. На многих предприятиях длина питающих линий для насосных установок достигает сотен метров, а двигатели работают с загрузкой 75 – 100% от номинальной мощности. В связи с этим для оценки энергоэффективности таких электроустановок необходимо учитывать потери в кабельных линиях.

Согласно [1] диапазон мощностей электродвигателей дренажных насосов составляет от 0,37 до 85 КВт. Исключая нижний диапазон мощностей, не используемый в промышленных условиях, примем для анализа энергетические показатели электроприводов насосов мощностью 5,5 и 55 кВт. Технические характеристики электродвигателей представлены в таблицах 1 и 2. Параметры питающей линии соответствуют требованиям ПУЭ. Длина линий электропитания варьируется от 20 до 200 м.

Таблица 1 – Паспортные данные двигателя АИР112М4

Тип двигателя Мощность, кВт Номинальная частота вращения КПД cosφ Iп/Iн Мп/М Мmax/Мн Iн
АИР112М4 5,5 1440 85,7 0,83 7,0 2,3 2,3 11,7

Таблица 2 – Паспортные данные двигателя АИР112М4

Тип двигателя Мощность, кВт Номинальная частота вращения КПД cosφ Iп/Iн Мп/М Мmax/Мн Iн
АИР112М4 55,0 1480 93,0 0,87 7,2 2,2 2,3 103,0

Расчетные значения токов Iрасч для выбора сечения питающих кабелей составляют соответственно 11,7 и 103 ампер.

Предварительно выбираем кабель (ГОСТ 31996 – 2012) из условия:

Iд.доп > Iрасч

Определим длительно допустимый ток с учетом поправочных коэффициентов. Нормальной температурой окружающей среды при прокладке проводов и кабелей на воздухе считается +25оС. При фактической температуре воздуха или земли, отличной от указанных выше значений, вводится поправочный коэффициент k1. Поправочный коэффициент при фактической температуре среды +35оС для кабеля, проложенного в воздухе равен 0,9.

С учетом этого поправочный коэффициент при фактической температуре среды:

Условие Iф.д.доп > Iрасч выполняется.

Определяем допустимую потерю напряжения на клеммах двигателя в вольтах, с учетом того, что относительное падение напряжения не должно превышать 5%:

ΔUдоп = ΔU% • Uн / 100 = 5 • 380 / 100 = 19 В

Потери напряжения в кабелях найдем по формуле:

ΔU = √3 • Iрасч • L • (r0 • cosφ + x0 • sinφ),

где: L – длина участка, км;

       cosφ – коэффициент мощности;

       sinφ = √1 - cos2φ = √1 - 0,832 = 0,56 – для АИР225М4;

       r0 = 12,5 Ом/км, x0 = 0,104 Ом/км – активное и реактивное сопротивление алюминиевого кабеля для сечения кабеля Sпр = 2,5 мм2 [2];

       r0 = 0,625 Ом/км, x0 = 0,063 Ом/км – активное и реактивное сопротивление алюминиевого кабеля для сечения кабеля Sпр = 50 мм2 [2];

Для кабеля сечением 2,5 мм2, длиной 20 м имеем:

ΔU = √3 • 11,75 • 0,02 • (12,5 • 0,83 + 0,104 • 0,56) = 4,24 В ≤ 19 В,

Условие ΔU < ΔUдоп выполняется.

Для кабеля сечением 2,5 мм2, длиной 200 м имеем:

ΔU = √3 • 11,75 • 0,2 • (12,5 • 0,83 + 0,104 • 0,56) = 42,43 В ≤ 19 В,

Условие ΔU < ΔUдоп не выполняется и необходимо выбрать кабель с большим сечением – АВВГзнг 4 х 6 (Sпр = 6 мм2;)

Для этого кабеля значения удельных сопротивлений: r0 = 5,21 Ом/км, x0 = 0,09 Ом/км.

Находим падение напряжения:

Iд.доп = 37 • 0,93 = 34,41 А;

Iд.доп = k1 • Iд.доп = 0,9 • 34,41 = 30,97 А;

ΔU = √3 • 11,75 • 0,2 • (5,21 • 0,83 + 0,09 • 0,56) = 17,81 В ≤ 19 В

Условие ΔU < ΔUдоп выполняется.

Аналогичные расчеты, проведенные для кабеля сечением 500 мм2, показывают, что для длины линии 20 метров условие проверки на допустимое падение напряжения выполняетсяпоказывают, что для длины линии 20 метров условие проверки на допустимое падение напряжения выполняется (ΔU = 2,06 B), а для линии длиной 200 м не выполняется (ΔU = 20,56 B). Поэтому выбираем кабель с большим сечением АВВГзнг 4 х 70 (Sпр = 70 мм2) у которого значения удельных сопротивлений: r0 = 0,441 Ом/км, x0 = 0,061 и падение напряжения Ом/км ΔU = 14,8 B.

Выбранные кабели для разных длин участков приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Марки кабелей

АИР112М4 АИР225М4
L = 20 м L = 200 м L = 20 м L = 200 м
АВВГзнг 4 х 2,5 АВВГзнг 4 х 6 АВВГзнг 4 х 50 АВВГзнг 4 х 70

Сопротивление жилы можно определить по формуле:

Rпр = ρ • L / Sпр,

где: L – длина линии, м;

       ρ = 0,03 Ом • мм2 / м – удельное сопротивление алюминия;

       Sпр, мм2 – сечение проводника.

Расчет сопротивлений жилы сведен в таблицу 4.

Таблица 4 – Сопротивления жил кабелей

Тип двигателя АИР112М4 АИР225М4
Тип кабеля АВВГзнг 4 х 2,5 АВВГзнг 4 х 6 АВВГзнг 4 х 50 АВВГзнг 4 х 70
L, м 20 200 20 200
Rпр, Ом 0,24 1,0 0,012 0,0857

Потери напряжения для одной жилы:

ΔU = I • R

Мощность потерь в кабеле:

ΔP = 3 • Iн • ΔU

КПД линии рассчитывается по формуле:

ηл = Р1двиг / (Р1двиг + ΔP) • 100%

Результаты расчетов энергетических показателей кабельных линий для рассматриваемых случаев приведены в таблице 5. При расчетах приняты значения токов на уровнях 0,25,0,5,0,75,1,0 и 1,25 от номинальных токов двигателей.

Таблица 5 – Энергетические показатели кабельных линий

Параметр Двигатель / Кабель
АИР112М4 / АВВГзнг 4 х 2,5
I, A 14,625 11,7 8,775 5,85 2,925
ΔU, B 3,51 2,808 2,106 1,404 0,702
ΔP, Вт 123,201 98,5608 73,9206 49,2804 24,6402
ηл, % 97,8091 98,2395 98,6738 99,1119 99,554
Параметр Двигатель / Кабель
АИР112М4 / АВВГзнг 4 х 6
I, A 14,625 11,7 8,775 5,85 2,925
ΔU, B 14,625 11,7 8,775 5,85 2,925
ΔP, Вт 513,3375 410,6700 308,0025 205,3350 102,6675
ηл, % 91,4634 93,0521 94,6969 96,4010 98,1675
Параметр Двигатель / Кабель
АИР225М4 / АВВГзнг 4 х 50
I, A 128,75 103,0 77,25 51,5 25,75
ΔU, B 1,5450 1,2360 0,9270 0,6180 0,3090
ΔP, Вт 477,4050 381,9240 286,4430 190,9620 95,4810
ηл, % 99,1395 99,3104 99,4819 99,6540 99,8267
Параметр Двигатель / Кабель
АИР225М4 / АВВГзнг 4 х 70
I, A 128,75 103,0 77,25 51,5 25,75
ΔU, B 11,0357 8,8286 6,6214 4,4143 2,2071
ΔP, Вт 3410 2728 2046 1364 682
ηл, % 94,1619 95,2743 96,4134 97,5800 98,7752

На рисунках 1 и 2 представлены графики зависимости КПД линии передачи для двигателей мощностью 5,5 и 55 кВт соответственно от коэффициента загрузки. Полученные результаты свидетельствуют о том, что для мощных двигателей, находящихся на значительном удалении от питающего трансформатора, КПД линии может снижаться до 93 – 95% при номинальной загрузке.

Рисунок 1 – Зависимости изменения КПД линии электропитания от коэффициента загрузки электродвигателя при различных длинах линий питания

pic1

a) двигатель АИР112М4

pic2

б) двигатель АИР225М4

Вывод

Таким образом можно сделать вывод о том, что для длинных линий питания насосов, кабели которых соответствуют условиям допустимого падения напряжения, необходимо учитывать потери мощности для оценки общих энергетических показателей электропривода.

Список использованной литературы

    1. Дренажные насосы Calpeda (каталог). Электронный ресурс, https://calpeda.su.
    2. Хромченко Г. Е. Проектирование кабельных сетей и проводок. / под общей редакцией Г. Е. Хромченко. – Москва: Энергия, 1980. – 383 с.